应用性能管理：用户的使用体验应该如何监控？
应用性能管理：用户的使用体验应该如何监控？
- 如何搭建 APM 系统
- 需要监控用户的哪些信息
- 总结
我们了解了服务端监控搭建的过程。有了监控报表之后，团队在维护垂直电商系统时，就可以更早地发现问题，也有直观的工具辅助我们分析排查问题了。
但是有一些问题，服务端的监控报表无法排查，甚至无法感知。比如，有用户反馈创建订单失败，但是从服务端的报表来看，并没有什么明显的性能波动，从存储在 Elasticsearch 里的原始日志中，甚至没有找到这次创建订单的请求。这有可能是客户端有 Bug，或者网络抖动导致创建订单的请求并没有发送到服务端。
再比如，有些用户会反馈，使用长城宽带打开商品详情页面特别慢，甚至出现 DNS 解析 败的情况。那么，当我们遇到这类问题时，要如何排查和优化呢？
这里面涉及一个概念叫应用性能管理（Application Performance Management，简称 APM），它的含义是：对应用各个层面做全方位的监测，期望及时发现可能存在的问题， 并加以解决，从而提升系统的性能和可用性。
是不是觉得和之前讲到的服务端监控很相似？其实，服务端监控的核心关注点是后端服务的性能和可用性，而应用性能管理的核心关注点是终端用户的使用体验，也就是我们需要衡量，从客户端请求发出开始，到响应数据返回到客户端为止，这个端到端的整体链路上的性能情况。
如果我们能做到这一点，那么无论是订单创建问题的排查，还是用户页面打开缓慢的问题，都可以通过这套监控来发现和排查。那么，如何搭建这么一套端到端的监控体系呢？
如何搭建 APM 系统
与搭建服务端监控系统类似，在搭建端到端的，应用性能管理系统时，我们也可以从数据的采集、存储和展示几个方面来思考。
首先，在数据采集方面，我们可以采用类似 Agent 的方式，在客户端上植入 SDK，由 SDK 负责采集信息，并且经过采样之后，通过一个固定的接口，定期发送给服务端。这个固定接口和服务端，我们可以称为 APM 通道服务。
虽然客户端需要监控的指标很多，比如监控网络情况，监控客户端卡顿情况、垃圾收集数据等等，但我们可以定义一种通用的数据采集格式。
比如，在很多公司，采集的数据包含下面几个部分，SDK 将这几部分数据转换成 JSON 格式后，就可以发送给 APM 通道服务了。这几部分数据格式，可以在搭建自己的 APM 系统时，直接拿来参考。
- 系统部分：包括数据协议的版本号，以及下面提到的消息头、端消息体、业务消息体的长度；
- 消息头：主要包括应用的标识(appkey)，消息生成的时间戳，消息的签名以及消息体加密的秘钥；
- 端消息体：主要存储客户端的一些相关信息，主要有客户端版本号、SDK 版本号、 IDFA、IDFV、IMEI、机器型号、渠道号、运营商、网络类型、操作系统类型、国家、地 区、经纬度等等。由于这些信息有些比较敏感，所以我们一般会对信息加密;
- 业务消息体：也就是真正要采集的数据，这些数据也需要加密。
加密的方法是这样的：我们首先会分配给这个应用，一对 RSA 公钥和私钥，然后 SDK 在 启动的时候，先请求一个策略服务，获取 RSA 公钥。在加密时，客户端会随机生成一个对 称加密的秘钥 Key，端消息体和业务消息体，都会使用这个秘钥来加密。那么数据发到 APM 通道服务后，要如何解密呢？
客户端会使用 RSA 的公钥对秘钥加密，存储在消息头里面（也就是上面提到的，消息体加 密秘钥），然后 APM 通道服务使用 RSA 秘钥，解密得到秘钥，就可以解密得到端消息体 和业务消息体的内容了。
最后，我们把消息头、端消息体、业务消息体还有消息头中的时间戳组装起来，用 MD5 生 成摘要后，存储在消息头中（也就是消息的签名）。这样，APM 通道服务在接收到消息后，可以使用同样的算法生成摘要，并且与发送过来的摘要比对，以防止消息被篡改。
数据被采集到 APM 通道服务之后，我们先对 JSON 消息做解析，得到具体的数据，然后发送到消息队列里面。从消息队列里面消费到数据之后，会写一份数据到 Elasticsearch 中，作为原始数据保存起来，再写一份到统计平台，以形成客户端的报表。
有了这套 APM 通道服务，我们就可以将从客户端上采集到的信息，通过统一的方式上报到服务端做集中处理。这样一来，我们就可以收集到客户端上的性能数据和业务数据，能够及时地发现问题了。
那么问题来了：虽然你搭建了客户端监控系统，但是在我们电商系统客户端中可以收集到用户网络数据，卡顿数据等等，是要把这些信息都监控到位，还是有所侧重呢？要知道，监控的信息不明确，会给问题排查带来不便，而这就是我们接下来探究的问题，也就是我们到底需要监控用户的哪些信息。
需要监控用户的哪些信息
其实搭建端到端的监控体系的首要目标，是解决如何监控客户端网络的问题，这是因为我们遇到的客户端问题，大部分的原因还是出在客户端网络上。
在中国复杂的网络环境下，大的运营商各行其是，各自为政，在不同的地区的链路质量各有不同，而小的运营商又鱼龙混杂，服务质量得不到保障。我们看一个典型的问题。
在做 DNS 解析的时候，为了缩短查询的链路，首先会查 询运营商的 Local DNS，但是 Local DNS 这个东西很不靠谱，有些小的运营商为了节省流 量，他会把一些域名解析到内容缓存服务器上，甚至会解析到广告或者钓鱼网站上去，这就 是域名劫持。也有一些运营商它比较懒，自己不去解析域名，而是把解析请求，转发到别的 运营商上，这就导致权威 DNS 收到请求的来源 IP 的运营商，是不正确的。这样一来，解 析的 IP 和请求源，会来自不同的运营商，形成跨网的流量，导致 DNS 解析时间过长。这 些需要我们进行实时地监控，以尽快地发现问题，反馈给运营商来解决。
那么，我们如何采集网络数据呢？一般来说，我们会用埋点的方式，将网络请求的每一个步骤耗时情况、是否发生错误，都打印下来。
通常，我们可以得出一次请求过程中，经历的一系列过程的时间，其中主要包括下面几项。
- 等待时间：异步调用时，请求会首先缓存在本地的队列里面，由专门的 I/O 线程负责， 那么在 I/O 线程真正处理请求之前，会有一个等待的时间。
- DNS 时间：域名解析时间。
- 握手时间：TCP 三次握手的时间。
- SSL 时间：如果服务是 HTTPS 服务，那么就会有一个 SSL 认证的时间。
- 发送时间：请求包被发送出去的时间。
- 首包时间：服务端处理后，客户端收到第一个响应包的时间。
- 包接收时间：我们接收到所有数据的时间。
有了这些数据之后，我们可以通过上面提到的 APM 通道服务，发送给服务端，这样服务端和客户端的同学，就可以从 Elasticsearch 中，查询到原始的数据，也可以对数据做一些聚合处理、统计分析之后，形成客户端请求监控的报表。这样，我们就可以有针对性地对 HTTP 请求的某一个过程做优化了。
而对于用户网络的监控，可以给我们带来三方面的价值。
- 首先，这种用户网络监控的所有监控数据均来自客户端，是用户访问数据实时上报，因此能够准确、真实、实时地反应用户操作体验。
- 再者，它是我们性能优化的指向标，当做业务架构改造、服务性能优化、网络优化等任何优化行为时，可以反馈用户性能数据，引导业务正向优化接口性能、可用性等指标。
- 最后，它也能帮助我们监控 CDN 链路质量。之前的 CDN 的监控，严重依赖 CDN 厂商， 这有一个问题是：CDN 无法从端上获取到全链路的监控数据，有些时候，客户端到 CDN 的链路出了问题，CDN 厂商是感知不到的，而客户端监控弥补了这方面的缺陷，并且可以 通过告警机制督促 CDN 及时优化调整问题线路。
除了上报网络数据之外，我们还可以上报一些异常事件的数据，比如电商系统可能会遇到以下一些异常情况。
- 登录失败
- 下单失败
- 浏览商品失败
- 支付失败
在业务逻辑的代码中，都可以检测到这些异常数据，当然，也可以通过 APM 通道服务，上传到服务端，这样方便服务端和客户端的同学一起来排查问题，也能给我们的版本灰度提供数据的支持。
总结
我们了解了，如何搭建一个端到端的 APM 监控系统，需要了解的重点是：
- 从客户端采集到的数据可以用通用的消息格式，上传到 APM 服务端，服务端将数据存入到 Elasticsearch 中，以提供原始日志的查询，也可以依据这些数据形成客户端的监控报表；
- 用户网络数据是我们排查客户端，和服务端交互过程的重要数据，可以通过代码的植 入，来获取到这些数据；
- 无论是网络数据，还是异常数据，亦或是卡顿、崩溃、流量、耗电量等数据，都可以通过把它们封装成 APM 消息格式，上传到 APM 服务端，这些用户在客户端上留下的踪迹 可以帮助你更好地优化用户的使用体验。
总而言之，监测和优化用户的使用体验是应用性能管理的最终目标。然而，服务端的开发人员往往会陷入一个误区，认为我们将服务端的监控做好，保证接口性能和可用性足够好就好 了。事实上，接口的响应时间只是我们监控系统中很小的一部分，搭建一套端到端的全链路 的监控体系，才是你的监控系统的最终形态。
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